Устройство для измерения дымности выхлопных газов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЫМНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Кугейко Михаил Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для измерения дымности выхлопных газов, включающее диффузор, внутренняя поверхность которого зачернена в области четырех отверстий, выполненных в самой узкой его части, жестко связанное с ним сопло, посаженный на диффузор теплоизоляционный корпус с отверстиями, соответствующими указанным отверстиям, на котором расположены датчик струи выхлопных газов и блок питания, кольцо с закрепленными на нем двумя источниками и двумя приемниками излучения с пересекающимися оптическими осями в его центре, электронный узел регистрации принятых сигналов, их обработки и индикации, отличающееся тем, что кольцо с отверстиями в торце для подсоса атмосферного воздуха посажено на теплоизоляционный корпус так, что оптические оси источников и приемников проходят через центры соответствующих им отверстий в диффузоре и теплоизоляционном корпусе и ориентированы на пересечение в центре диффузора, к диффузору и теплоизоляционному корпусу прикреплено посадочное приспособление,обеспечивающее надевание на выхлопную трубу, а электронный узел регистрации принятых сигналов, их обработки и индикации выполнен с возможностью фиксации на удалении от места расположения источников и приемников излучения.(56) 1. ГОСТ 17.2.201-84. Охрана природы, атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработанных газов. Нормы и методы измерений. Переиз. февраль 1984 г. 2. Правила ЕЭК ООН 24. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения двигателей с воспламенением от сжатия в отношении видимых загрязняющих веществ. Пересм.2. апр. 1981. 3. Патент РБ 7721 от 30.06.05. 4. Правила ЕЭК ООН 49. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения двигателей с воспламенением от сжатия в отношении видимых загрязняющих веществ. Пересм.2, окт. 1995. Полезная модель относится к оптическому аналитическому приборостроению, области охраны окружающей среды, контроля технологических процессов и может быть использована для определения массового (весового) количества аэрозольных частиц в выбросах. По новым правилам ЕЭК ООН определение дымности выбросов должно проводиться на основе определения массового количества сажи в единице объема выхлопа. Под загрязняющими твердыми частицами подразумеваются компоненты выхлопных газов, улавливаемые в выхлопных газах с помощью фильтра дымомера. Эти фильтры, предназначенные для улавливания твердых частиц, перед измерением должны обрабатываться (при определенной температуре и влажности) в пыленепроницаемой оболочке в климатической камере от 8 до 56 часов. После обработки чистые фильтры взвешиваются и консервируются до момента их использования. Если фильтры не используются в течение часа с момента их извлечения из камеры для взвешивания, они должны подвергаться повторному взвешиванию 1-2. Данные дымомеры обладают невысокой точностью, не оперативны. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения дымности выхлопных газов, включающее пробоотборник,кольцо с закрепленными на нем двумя источниками и двумя приемниками излучения, оптически связанными между собой, диффузор с отверстиями против источников и приемников, теплоизоляционный корпус, электронный узел регистрации принятых приемниками сигналов, их обработки и индикации, датчик температуры 3. Величина дымности в нем определяется посредством расчета массовой концентрации сажи в выхлопных газах по значению величин потоков рассеянного и прошедшего через выхлопные газы излучения. Данное устройство требует помещения пробоотборника на глубину не более 6 и не менее 3 от его выходного сечения при температуре, соответствующей температуре охлаждающей жидкости или моторного масла 4 ( - диаметр постоянного сечения выхлопной трубы). Во многих случаях невозможно выполнить требование по помещению пробоотборника на требуемую глубину. Кроме того, методика измерения дымности требует получения среднего значения за несколько циклов измерения (10), что приводит к поглощению большого количества выбросов контролером. Не позволяет данное устройство контролировать дымность длительное время (например, при регулировке двигателя) в процессе движения транспортного средства. Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи оперативного высокоточного определения массовой концентрации сажи в выбросах автотранспортных средств при регулировках двигателя, в процессе движения с выводом информации на приборную панель. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения дымности выхлопных газов, включающем диффузор, внутренняя поверхность которого зачернена в области четырех отверстий, выполненных в самой узкой его части, жестко связанное с ним сопло, посаженный на диффузор теплоизоляционный корпус с отверстиями, соответст 2 39892007.10.30 вующими указанным отверстиям, на котором расположены датчик струи выхлопных газов и блок питания, кольцо с закрепленными на нем двумя источниками и двумя приемниками излучения с пересекающимися оптическими осями в его центре, электронный узел регистрации принятых сигналов, их обработки и индикации, кольцо с отверстиями в торце для подсоса атмосферного воздуха посажено на теплоизоляционный корпус так, что оптические оси источников и приемников проходят через центры соответствующих им отверстий в диффузоре и теплоизоляционном корпусе и ориентированы на пересечение в центре диффузора, к диффузору и теплоизоляционному корпусу прикреплено посадочное приспособление, обеспечивающее надевание на выхлопную трубу, а электронный узел регистрации принятых сигналов, их обработки и индикации выполнен с возможностью фиксации на удалении от места расположения источников и приемников излучения. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где фиг. 1 - функциональная схема устройства, фиг. 2 - сечение в оптико-механическом блоке, на котором закреплены излучатели и приемники. Устройство включает диффузор 1 и теплоизоляционный корпус 2 с отверстиями 10, кольцо 3 с отверстиями 7 для подсоса воздуха и закрепленными на нем источниками 4 и приемниками 5, датчик температуры 6, блок питания 8, посадочное приспособление 9, блок регистрации, обработки и информации 11, жестко связанное с диффузором сопло 12. Измеритель дымности работает следующим образом. С помощью посадочного приспособления 9 диффузор присоединяется к выхлопной трубе, в результате чего выбрасываемые двигателем струи отработавших газов проходят через диффузор 1 и выходное сопло 12. Сопло 12 с целью создания газодинамической защиты от загрязнения излучателей 4 и приемников 5 оптико-механического блока дымом, частицами сажи и масла, содержащихся в выхлопных газах, имеет расширяющееся к выходу сечение. Это позволяет за счет возникающего при расширении сопла увеличения скорости истечения газов и соответствующего уменьшения давления в струе осуществлять подсос атмосферного воздуха через отверстия 7, что, в свою очередь, препятствует попаданию загрязняющих частиц из выходных газов на поверхности источников и приемников излучения. Для тепловой развязки нагревающегося при протекании выхлопных газов сопла от приемников и источников,блока питания применяется теплоизоляция. Датчик температуры струи выхлопных газов необходим для контроля, поскольку температура отработавших газов при изменениях дымности должна быть не ниже 70 С для предотвращения погрешностей, возникающих вследствие конденсации водяного пара при остывании выхлопных газов. Излучатели 4 и приемники 5 оптико-механического блока закреплены на кольце 3 (сечение этого блока для перпендикулярного расположения направлений зондирования показано на фиг. 2), посаженном на теплоизоляционный корпус. Для уменьшения влияния отраженного от стенок сопла оптического излучения (например, светодиодов) на результаты измерений внутренняя поверхность сопла чернится. О величине массовой концентрации сажи М в выхлопных газах судят по значениям регистрируемых приемниками 5 в точках 3 и 4 проходящих (1, 4), (2, 3) и рассеянных в точкепод углом(1, , 3),(2, , 4) сигналов при последовательной посылке зондирующего излучения источниками 4 из точек 1 и 2. Как и в прототипе 3, выражение для М имеет вид( 1 , ,3 ),( 2 , ,4 ), /( 1 ,4 ),( 2 ,3 ) где- удельный вес частиц сажи / - сечение рассеяния под угломчастиц сажи Р(1, , 3), Р(2, , 4) - величина потоков рассеянного излучения, (1, 4), (2, 3) величины потоков прошедшего через выхлопные газы излучения. Данное устройство (как и прототип) устойчиво к изменению условий проведения измерений, обеспечивает высокую точность измерений М. 3 39892007.10.30 Поскольку конструкция и габаритные размеры выхлопных труб в автомобилях различаются для данного измерителя, используют набор посадочных приспособлений. Если в прототипе для измерения дымности необходимо было останавливать автомобиль, то для предлагаемого решения этого не требуется. Данное устройство, посаженное на выхлопную трубу (а не помещенное в нее, как в прототипе), может эксплуатироваться продолжительное время. Блок регистрации обработки и индикации можно располагать в произвольном месте на удалении от измерительной части, в том числе и в кабине водителя (на панельной доске). Таким образом, предлагаемое устройство может обеспечивать измерение дымности как в процессе движения автомобиля, так и использование при регулировках двигателя. Удаление оператора от места измерения позволяет избежать им поглощения больших доз выбросов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.